微機電(dian)(dian)系統（MEMS）的使用已(yi)經在航空、汽車、生(sheng)物醫學(xue)、消費(fei)品、醫療和電(dian)(dian)信等行業(ye)變得越來越普遍。在晶圓級別(bie)測試(shi)(shi)階段，早期的MEMS設備測試(shi)(shi)至(zhi)關重要，為確(que)保高(gao)產量和可靠性，并且要以(yi)低成本實現，需(xu)要先進的光學(xue)測量技術，而(er)電(dian)(dian)氣測試(shi)(shi)無法實現這一點(dian)。

本文介紹了(le)一種使(shi)用自動(dong)或半(ban)自動(dong)探針(zhen)臺與激光多普勒振動(dong)計相結合的(de)光學(xue)(xue)測(ce)量技(ji)術(shu)(shu)(shu)，可以(yi)在(zai)晶(jing)圓(yuan)級(ji)別對MEMS器件進行動(dong)態響應測(ce)量。該(gai)技(ji)術(shu)(shu)(shu)可以(yi)實現高(gao)精度(du)的(de)實時動(dong)態響應測(ce)量，標(biao)準儀(yi)器的(de)頻率帶寬(kuan)高(gao)達(da)25MHz，專(zhuan)業設置的(de)頻率帶寬(kuan)高(gao)達(da)6GHz。該(gai)解(jie)決方(fang)案基于晶(jing)圓(yuan)處(chu)理、晶(jing)圓(yuan)探測(ce)、樣品激發、光學(xue)(xue)測(ce)量、過程控(kong)制(zhi)和(he)數據(ju)處(chu)理等成(cheng)熟技(ji)術(shu)(shu)(shu)組(zu)件。本文還介紹了(le)幾(ji)個特性研究的(de)例(li)子，以(yi)證明該(gai)技(ji)術(shu)(shu)(shu)在(zai)典型應用領域(yu)的(de)有(you)效(xiao)性。

光學測量系統

為了對MEMS器件(jian)進(jin)行光學表(biao)征，可以(yi)使用多種(zhong)(zhong)測(ce)(ce)量(liang)(liang)技(ji)術和(he)(he)(he)商業解決方案來(lai)測(ce)(ce)量(liang)(liang)各種(zhong)(zhong)物理(li)特(te)性(xing)，如(ru)尺(chi)寸、薄(bo)膜厚(hou)度、臺(tai)階高(gao)度、橫截面、粗糙度、應(ying)(ying)力、靜摩擦、彈性(xing)模量(liang)(liang)、響應(ying)(ying)時(shi)間(jian)和(he)(he)(he)熱性(xing)能(neng)等。基本(ben)光學顯微鏡(jing)具有數字(zi)圖像處理(li)功能(neng)，可以(yi)提供尺(chi)寸分(fen)析和(he)(he)(he)變形(xing)測(ce)(ce)量(liang)(liang)，而更先(xian)進(jin)的光學測(ce)(ce)量(liang)(liang)系統可以(yi)針對特(te)定功能(neng)進(jin)行定制，如(ru)3D形(xing)狀(zhuang)測(ce)(ce)量(liang)(liang)、動態(tai)響應(ying)(ying)、高(gao)橫向分(fen)辨率(lv)和(he)(he)(he)/或高(gao)垂直(zhi)分(fen)辨率(lv)。由于光學測(ce)(ce)量(liang)(liang)是一種(zhong)(zhong)非(fei)接觸測(ce)(ce)量(liang)(liang)原理(li)，因此非(fei)常適(shi)用于晶圓級測(ce)(ce)試(shi)。

如(ru)果需要實(shi)(shi)時功能來表(biao)(biao)征設(she)備的(de)(de)(de)(de)(de)動態機械特性，激光(guang)多普勒(le)(le)測(ce)(ce)振(zhen)（LDV）是(shi)一(yi)種合(he)適的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法，可以提供最高的(de)(de)(de)(de)(de)位移(yi)分(fen)辨(bian)率，但受到光(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)散(san)粒噪聲的(de)(de)(de)(de)(de)限制(zhi)。集成了激光(guang)多普勒(le)(le)振(zhen)動計(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)學微系統分(fen)析(xi)儀是(shi)MEMS器(qi)件(jian)動態響應(ying)測(ce)(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)理(li)想工具，因為(wei)MEMS器(qi)件(jian)通(tong)常(chang)涉及用于傳感和(he)(he)驅動的(de)(de)(de)(de)(de)主動移(yi)動元件(jian)。動態響應(ying)測(ce)(ce)量(liang)(liang)提供了一(yi)些(xie)關(guan)鍵信息，這些(xie)信息僅通(tong)過電氣(qi)測(ce)(ce)試無法確定(ding)(ding)，例(li)如(ru)微鏡的(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)時間動態、諧(xie)振(zhen)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)位移(yi)幅度和(he)(he)懸臂梁的(de)(de)(de)(de)(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)(pin)率等(deng)。為(wei)了實(shi)(shi)現(xian)精確、實(shi)(shi)時和(he)(he)高分(fen)辨(bian)率的(de)(de)(de)(de)(de)非(fei)侵入式測(ce)(ce)量(liang)(liang)，除了可用于面外測(ce)(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)掃描(miao)激光(guang)多普勒(le)(le)振(zhen)動計(ji)外，還可以選擇使用頻(pin)(pin)閃視(shi)頻(pin)(pin)顯微鏡和(he)(he)白光(guang)干涉儀等(deng)技術，以增加對靜態形(xing)狀的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面形(xing)貌測(ce)(ce)量(liang)(liang)功能。

目(mu)前該儀(yi)器(qi)在(zai)整個MEMS社(she)區(qu)中被用(yong)于對(dui)微鏡(jing)、懸臂(bei)梁(liang)、加速度計(ji)、陀螺儀(yi)、執行(xing)器(qi)、射頻開關(guan)、超聲(sheng)波換能(neng)器(qi)、噴墨器(qi)、擴音(yin)器(qi)、壓力傳(chuan)感(gan)器(qi)、諧振器(qi)等器(qi)件進行(xing)表征(zheng)。應(ying)用(yong)范圍包括(kuo)以下幾個方面：

1、動態測(ce)(ce)試：對器件的響(xiang)應進行(xing)動態測(ce)(ce)試，以(yi)確定機械(xie)參數，如共振(zhen)頻率、剛(gang)度以(yi)及(ji)在(zai)施加特(te)定物理刺激(ji)后的減震效果(guo)。

2、材料(liao)參數模型(xing)識別：基于(yu)振動測量數據，識別材料(liao)參數模型(xing)，例如用于(yu)測定MEMS膜(mo)的(de)材料(liao)應力。

3、設(she)計驗證：通過(guo)測量性(xing)能與預期有限元(yuan)模(mo)型的一(yi)致性(xing)，對設(she)計進(jin)行(xing)驗證。

4、沉降(jiang)時(shi)(shi)間測量：測量沉降(jiang)時(shi)(shi)間動態(tai)，以確定(ding)精(jing)確的運動與時(shi)(shi)間關系，并呈現響應的3D可(ke)視化效果(guo)。

5、校(xiao)準：在(zai)廣泛的運動和頻率范圍內，校(xiao)準執行(xing)器和傳感器的位(wei)移與驅動電(dian)壓之間的關系。

6、表征(zheng)制造(zao)過程(cheng)(cheng)：進行形貌測量，確定制造(zao)過程(cheng)(cheng)后的特征(zheng)，如形狀、幾(ji)何形狀、曲率(lv)、粗糙度、臺階高(gao)度、薄膜應力、分層等。

本文(wen)介紹(shao)了完(wan)整晶圓級測(ce)試站(zhan)的技(ji)(ji)術組件，包括(kuo)探針臺和激光多普勒振動(dong)計，樣(yang)品激勵方(fang)案以(yi)及(ji)展示該方(fang)法多功(gong)能性(xing)(xing)的典(dian)型應用(yong)(yong)。理(li)解操作原理(li)對(dui)于了解該技(ji)(ji)術的潛(qian)力、優勢和局(ju)限性(xing)(xing)非常重要。文(wen)章對(dui)該技(ji)(ji)術進行(xing)了詳細總結，并通過示例展示了如何將上述技(ji)(ji)術用(yong)(yong)于關鍵應用(yong)(yong)。（圖1）

圖1展示了(le)MEMS晶(jing)圓級測試中不同振動計應用(yong)的分(fen)類

激光多普勒振動儀

激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)多普勒(le)振動(dong)儀是(shi)一種使(shi)用激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)技術來測(ce)量(liang)振動(dong)結構上選(xuan)定點的(de)(de)速(su)度和位移的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)學儀器。激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)振動(dong)儀具有(you)無(wu)接觸量(liang)測(ce)、不受表面特性或(huo)環境條(tiao)件影響等(deng)特點。激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束的(de)(de)聚焦能力(li)可(ke)(ke)(ke)以達到(dao)低于1微(wei)米的(de)(de)斑點直徑，可(ke)(ke)(ke)用于研(yan)究光(guang)(guang)(guang)(guang)學顯微(wei)鏡(jing)下可(ke)(ke)(ke)見的(de)(de)MEMS結構。激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)多普勒(le)振動(dong)儀具有(you)廣泛的(de)(de)頻率(lv)范(fan)圍(wei)（從直流到(dao)GHz級），高動(dong)態(tai)范(fan)圍(wei)（超過170 dB）和大振幅(fu)范(fan)圍(wei)（從0.01微(wei)米/秒到(dao)150米/秒），可(ke)(ke)(ke)用于全息和其他技術的(de)(de)測(ce)量(liang)。

激光多普勒振動(dong)儀利用多普勒效應，通過(guo)測量從(cong)移(yi)動(dong)目(mu)標反向散射的(de)(de)(de)(de)光傳遞的(de)(de)(de)(de)信(xin)息，獲得運動(dong)量、速度(du)和位移(yi)等參(can)數。光波(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)相位受(shou)到(dao)表面位移(yi)的(de)(de)(de)(de)調節，而瞬時(shi)速度(du)則(ze)會改(gai)變光波(bo)(bo)。通過(guo)干涉技術，將接收到(dao)的(de)(de)(de)(de)光波(bo)(bo)與參(can)考光波(bo)(bo)混合，使兩者在光探針器處重新組合。改(gai)進后的(de)(de)(de)(de)Mach-Zehnder干涉儀的(de)(de)(de)(de)基本(ben)布置如(ru)圖2所示。

圖 2：改進型(xing)馬赫-曾德爾干(gan)涉儀的光(guang)學原理圖

LDV測(ce)量儀(yi)器可以(yi)擴展(zhan)到(dao)3D振動計的設置，從而(er)提(ti)供面外和面內(nei)運(yun)動的pm分(fen)辨(bian)率。LDV的一個(ge)具(ju)體特(te)性是它(ta)在單個(ge)點進行測(ce)量，而(er)不像使用(yong)視頻(pin)干涉測(ce)量技(ji)術(shu)那樣捕(bu)捉整個(ge)場景(jing)。對于晶(jing)圓級的在線檢測(ce)來說，單點測(ce)量是迄今為止提(ti)取(qu)特(te)征機械參數最快的方(fang)法。然而(er)，如(ru)果需要(yao)使用(yong)掃描鏡在X和Y方(fang)向上偏轉激光測(ce)量光束，LDV技(ji)術(shu)就可以(yi)擴展(zhan)到(dao)全區域掃描。

下面是圖3，顯(xian)(xian)示了帶有2D掃(sao)描(miao)鏡M的(de)(de)(de)原理圖。激(ji)光測(ce)(ce)量(liang)光束可以定位(wei)在實時顯(xian)(xian)微鏡視頻(pin)上可見的(de)(de)(de)任何點。這項技術用于逐(zhu)點掃(sao)描(miao)區域(yu)(yu)，以測(ce)(ce)量(liang)結構(gou)的(de)(de)(de)速度場。每個點的(de)(de)(de)相位(wei)是通過同時測(ce)(ce)量(liang)附(fu)加參考通道（通常(chang)是由內(nei)部信(xin)號(hao)(hao)發生器產生的(de)(de)(de)驅動(dong)信(xin)號(hao)(hao)）來確定的(de)(de)(de)。根據(ju)這些數據(ju)，可以計算出3D偏(pian)轉形狀。結果包括結構(gou)上速度和/或位(wei)移(yi)場的(de)(de)(de)映射，可以在頻(pin)域(yu)(yu)或時域(yu)(yu)中顯(xian)(xian)示響應的(de)(de)(de)3D動(dong)畫。

圖(tu) 3：顯微鏡(jing)掃描激光測(ce)振儀的(de)光學布局

最近的(de)發(fa)展是通過(guo)結合紅外(wai)(wai)相機(ji)實(shi)現(xian)紅外(wai)(wai)短相干光(guang)(guang)源，將這(zhe)種方(fang)法擴展到(dao)硅(gui)蓋帽MEMS中的(de)光(guang)(guang)學振動(dong)測(ce)量。復雜的(de)深度掃描允許(xu)將測(ce)量平面精確(que)定(ding)位(wei)在(zai)設備的(de)移動(dong)組件處，并(bing)(bing)抑制(zhi)來自設備的(de)所有(you)其(qi)他非移動(dong)功能(neng)層的(de)干擾貢獻。因此，這(zhe)種方(fang)法可(ke)以在(zai)MEMS的(de)開發(fa)和制(zhi)造過(guo)程(cheng)中對所有(you)相關點進行測(ce)量，并(bing)(bing)在(zai)最終封(feng)裝之前進行檢(jian)查(cha)。

晶圓級測(ce)(ce)試可(ke)選擇手(shou)(shou)動(dong)或自(zi)動(dong)的(de)(de)探(tan)(tan)(tan)(tan)針(zhen)(zhen)臺。為了不(bu)受限制地觀察被測(ce)(ce)試器(qi)件(jian)（DUT）并將探(tan)(tan)(tan)(tan)針(zhen)(zhen)與測(ce)(ce)試墊對(dui)(dui)準，放(fang)置在(zai)(zai)卡(ka)盤上(shang)的(de)(de)晶圓探(tan)(tan)(tan)(tan)針(zhen)(zhen)臺上(shang)配(pei)備了光(guang)(guang)學對(dui)(dui)準顯微鏡(jing)。電探(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)可(ke)以采用多(duo)種(zhong)方式，從直流(liu)信號到高(gao)頻射頻信號不(bu)等。此外，觸點的(de)(de)數量也(ye)可(ke)以根據需要(yao)(yao)進(jin)行調整，從簡(jian)單的(de)(de)手(shou)(shou)動(dong)探(tan)(tan)(tan)(tan)針(zhen)(zhen)定(ding)位器(qi)到需要(yao)(yao)探(tan)(tan)(tan)(tan)針(zhen)(zhen)卡(ka)的(de)(de)多(duo)個探(tan)(tan)(tan)(tan)針(zhen)(zhen)。有時，在(zai)(zai)探(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)區域上(shang)方放(fang)置其他儀器(qi)是必要(yao)(yao)的(de)(de)。例如，在(zai)(zai)光(guang)(guang)學測(ce)(ce)試中，可(ke)能需要(yao)(yao)使(shi)用不(bu)同尺寸的(de)(de)積分球來收集設備發射的(de)(de)光(guang)(guang)。如果設備對(dui)(dui)光(guang)(guang)敏感，還可(ke)以使(shi)用特(te)定(ding)的(de)(de)光(guang)(guang)源進(jin)行刺激(ji)。或者，對(dui)(dui)于非光(guang)(guang)學組件(jian)，可(ke)以使(shi)用磁(ci)鐵進(jin)行激(ji)勵。

光學分析工具可(ke)以測量(liang)DUT的機(ji)械(xie)特性和(he)(he)行為(wei)，例(li)如3D運動或(huo)形貌。MEMS是這(zhe)類器件的一個典型例(li)子，其可(ke)以通過電刺(ci)激實現自動運動。在(zai)手動探針臺(tai)上，如果可(ke)以直接觀(guan)察到探針尖端和(he)(he)焊盤，可(ke)以輕松地使用測量(liang)相關(guan)的顯微(wei)鏡替換標準(zhun)(zhun)對準(zhun)(zhun)顯微(wei)鏡。

對于(yu)自(zi)動(dong)探針(zhen)系統，顯(xian)(xian)微鏡(jing)與(yu)相(xiang)機結合使用以實現自(zi)動(dong)晶(jing)(jing)圓(yuan)對準(zhun)，這對于(yu)自(zi)動(dong)晶(jing)(jing)圓(yuan)測(ce)試至(zhi)關重(zhong)要。無論是(shi)手動(dong)還是(shi)自(zi)動(dong)探針(zhen)系統，顯(xian)(xian)微鏡(jing)的(de)首要任務是(shi)正確對準(zhun)晶(jing)(jing)圓(yuan)并將探針(zhen)與(yu)焊盤匹(pi)配。隨后(hou)，在探針(zhen)臺自(zi)動(dong)跨越晶(jing)(jing)圓(yuan)時(shi)，顯(xian)(xian)微鏡(jing)需要切換到不同的(de)儀器進(jin)行測(ce)量(liang)。

MPI提供兩種(zhong)自(zi)動化晶圓測試的解決方案，即可(ke)更換的顯微鏡橋(qiao)和離(li)軸對準(zhun)相機。

可(ke)更(geng)換(huan)的(de)顯(xian)微(wei)鏡(jing)橋(qiao)采用(yong)模塊化設計，可(ke)以(yi)在(zai)兩(liang)個(ge)位(wei)(wei)置(zhi)之(zhi)間快速切換(huan)，以(yi)支持晶圓(yuan)對準或使(shi)用(yong)所需(xu)的(de)測(ce)量儀器。位(wei)(wei)置(zhi)的(de)切換(huan)可(ke)以(yi)手動(dong)(dong)或自(zi)動(dong)(dong)完成，當測(ce)試(shi)盒中有(you)多個(ge)晶圓(yuan)時(shi)，需(xu)要完全自(zi)動(dong)(dong)化的(de)測(ce)試(shi)能力。顯(xian)微(wei)鏡(jing)橋(qiao)具有(you)卓越(yue)的(de)穩定性，可(ke)以(yi)承(cheng)載兩(liang)個(ge)X、Y、Z線性驅動(dong)(dong)單元和附加(jia)的(de)儀器。根據需(xu)要，可(ke)以(yi)在(zai)顯(xian)微(wei)鏡(jing)橋(qiao)上(shang)放置(zhi)不(bu)同的(de)標準顯(xian)微(wei)鏡(jing)驅動(dong)(dong)單元，從(cong)簡(jian)單的(de)X、Y、Z平(ping)臺到重型電動(dong)(dong)示波器支架。（圖4a）

圖(tu)4b：通過自動聚焦和(he)重新聚焦，可確保出色(se)的信號(hao)和(he)數據質量(liang)

激發固有頻率

激發(fa)(fa)(fa)固有(you)頻(pin)率(lv)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)測(ce)量(liang)的(de)(de)(de)(de)先(xian)決條件是(shi)對其(qi)進(jin)行激發(fa)(fa)(fa)。某(mou)些(xie)傳感(gan)器，如壓(ya)(ya)電(dian)層或電(dian)容(rong)梳結(jie)構等功能(neng)元(yuan)件，可以自然地(di)激發(fa)(fa)(fa)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，例如共振(zhen)(zhen)(zhen)器或慣性傳感(gan)器。然而，許多傳感(gan)器（如基于(yu)膜的(de)(de)(de)(de)傳感(gan)器）沒有(you)用于(yu)產生機(ji)械力的(de)(de)(de)(de)功能(neng)元(yuan)件。對于(yu)這(zhe)種被(bei)動(dong)(dong)傳感(gan)器，振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)必須(xu)由外(wai)部激發(fa)(fa)(fa)。有(you)兩(liang)種不同(tong)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法。一種是(shi)通過激光(guang)熱激法來激發(fa)(fa)(fa)傳感(gan)器結(jie)構的(de)(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)；另一種是(shi)通過靜電(dian)激發(fa)(fa)(fa)在高達10 MHz頻(pin)率(lv)范圍內進(jin)行激發(fa)(fa)(fa)。對于(yu)后一種方(fang)法，將(jiang)連(lian)接到高壓(ya)(ya)放大(da)器的(de)(de)(de)(de)電(dian)極放置(zhi)在距離傳感(gan)器表面幾微米處。電(dian)極由透(tou)明材料(liao)氧化銦錫(xi)（ITO）制(zhi)成，并安裝在玻(bo)璃(li)載體上，以實現最大(da)程度(du)的(de)(de)(de)(de)靜電(dian)力，同(tong)時不干擾測(ce)振(zhen)(zhen)(zhen)儀(yi)的(de)(de)(de)(de)光(guang)束(shu)路徑(jing)。此(ci)(ci)外(wai)，由于(yu)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)測(ce)量(liang)法具有(you)極高的(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang)靈(ling)敏度(du)，因此(ci)(ci)可以測(ce)量(liang)僅由環境(jing)熱噪聲激發(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)結(jie)構的(de)(de)(de)(de)共振(zhen)(zhen)(zhen)頻(pin)率(lv)，例如建筑物。這(zhe)種方(fang)法也用于(yu)標(biao)定原(yuan)子力顯微鏡（AFM）探針(zhen)尖端(duan)。

振動測量的有效應用性

振(zhen)動測量的(de)應用(yong)廣泛，除了(le)用(yong)于(yu)傳感器(qi)功能測試(shi)（例如諧振(zhen)器(qi)），還(huan)可以用(yong)于(yu)檢測制造(zao)缺(que)陷，如膜裂紋，并通(tong)過(guo)測量和仿(fang)真(zhen)數據間接識別幾何和材料參(can)數。IMMS開發(fa)的(de)軟(ruan)件解決方案可以通(tong)過(guo)優化算法(fa)自動確(que)定傳感器(qi)參(can)數，從而減少設置工作并使非專家用(yong)戶輕松獲取廣泛的(de)傳感器(qi)參(can)數。

振動法與其他非(fei)連接(jie)、非(fei)破壞性測量方法相比，提供了很多重(zhong)要優勢，其中之一是(shi)(shi)可以(yi)確定材料參(can)數(shu)，如楊氏模(mo)量和材料應(ying)力。另(ling)一個優勢是(shi)(shi)它可以(yi)在整個生(sheng)產(chan)過程(cheng)中（從晶(jing)圓生(sheng)產(chan)到封裝(zhuang)）用(yong)于質量控制。

好/壞分類：

一個簡單的(de)(de)(de)應用是通過使用具有(you)(you)(you)良好(hao)和有(you)(you)(you)缺(que)陷的(de)(de)(de)參考(kao)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器的(de)(de)(de)“學習階段”，對傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器進(jin)行好(hao)/壞分類。如果(guo)正常功能的(de)(de)(de)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器和有(you)(you)(you)缺(que)陷的(de)(de)(de)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器的(de)(de)(de)固有(you)(you)(you)頻率不(bu)同，那么通過對大量良好(hao)參考(kao)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器進(jin)行測量，可以(yi)確定(ding)標(biao)準(zhun)(zhun)偏差，并(bing)將其作為(wei)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器生(sheng)產(chan)中(zhong)好(hao)/壞分類的(de)(de)(de)標(biao)準(zhun)(zhun)。

對于具有(you)對稱(cheng)結構（例(li)如圓形或方(fang)形膜）的(de)傳感(gan)器，在(zai)(zai)(zai)名義上對稱(cheng)的(de)情況(kuang)下，會存(cun)在(zai)(zai)(zai)許多固有(you)頻率對，它們在(zai)(zai)(zai)相同(tong)值下相互(hu)錯(cuo)位。而在(zai)(zai)(zai)不對稱(cheng)的(de)情況(kuang)下，這(zhe)(zhe)些(xie)頻率對會發(fa)生(sheng)分裂(lie)(lie)。這(zhe)(zhe)種分裂(lie)(lie)頻率對可(ke)以用于檢(jian)測缺陷，例(li)如膜裂(lie)(lie)紋或不對稱(cheng)材(cai)料應力，這(zhe)(zhe)可(ke)能在(zai)(zai)(zai)封裝(zhuang)過(guo)程(cheng)中發(fa)生(sheng)。IMMS開發(fa)了一種頻率響應后處(chu)理工(gong)具，可(ke)以檢(jian)測這(zhe)(zhe)種分裂(lie)(lie)。（見圖(tu)5）

參數識別：

參(can)(can)數(shu)識(shi)別方法(fa)(fa)主(zhu)要基于(yu)通過固有(you)頻率的(de)振(zhen)動測量(liang)和模態(tai)分析的(de)仿真數(shu)據(ju)來確(que)定與幾何形狀和材(cai)料有(you)關的(de)感興趣參(can)(can)數(shu)。通過優化算法(fa)(fa)，可以根據(ju)后處(chu)理工具內(nei)的(de)測量(liang)數(shu)據(ju)確(que)定傳感器參(can)(can)數(shu)。（見圖6）

圖6：參數識別方法

根(gen)據研(yan)究的(de)結(jie)構(gou)，這個過程通常可(ke)以(yi)識(shi)(shi)別一個到三(san)個參數。然后，可(ke)以(yi)從要識(shi)(shi)別的(de)參數數量推導出需要測量的(de)最小自然頻(pin)率數量。如(ru)果測得的(de)固(gu)有頻(pin)率多于必需的(de)固(gu)有頻(pin)率數量，則(ze)可(ke)以(yi)從中(zhong)確定估計的(de)參數識(shi)(shi)別誤(wu)差（EIE）。

從測(ce)得(de)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)響(xiang)應中，可以提(ti)取參(can)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)固有頻(pin)率(lv)、幅(fu)度和品質因(yin)(yin)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)值；如果有多個測(ce)量點(dian)，還(huan)可以提(ti)取形態(tai)信息。參(can)數(shu)(shu)(shu)識別(bie)始終使用固有頻(pin)率(lv)值。如果感興(xing)趣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是對腔體內(nei)部(bu)壓力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)確定(ding)，那么品質因(yin)(yin)數(shu)(shu)(shu)也會考(kao)慮在參(can)數(shu)(shu)(shu)識別(bie)中。特別(bie)要考(kao)慮相(xiang)鄰(lin)頻(pin)率(lv)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)振型關(guan)系，因(yin)(yin)為材料應力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)可能導致標稱序(xu)列(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)。所(suo)有感興(xing)趣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)參(can)數(shu)(shu)(shu)都可以根據頻(pin)率(lv)值、質量和形態(tai)來確定(ding)。因(yin)(yin)此(ci)(ci)，不需要額外考(kao)慮頻(pin)率(lv)幅(fu)度；此(ci)(ci)外，避免(mian)了(le)依賴于激勵(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)振動幅(fu)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)雜計(ji)算（特別(bie)是如果該計(ji)算是在外部(bu)完成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)）。

識別階段：

參(can)(can)數識別(bie)過程(cheng)可(ke)以(yi)分為三個階(jie)段。首先，必須檢查是否可(ke)以(yi)以(yi)所(suo)需(xu)(xu)的(de)分辨(bian)率使用(yong)該(gai)方(fang)法確定所(suo)尋求的(de)參(can)(can)數。因此，在(zai)進行(xing)參(can)(can)數識別(bie)之前，需(xu)(xu)要進行(xing)靈(ling)(ling)敏(min)度分析(xi)(xi)，以(yi)確定固(gu)有(you)頻(pin)率相對(dui)于(yu)感興(xing)趣的(de)參(can)(can)數的(de)靈(ling)(ling)敏(min)度。對(dui)于(yu)簡(jian)單的(de)結(jie)構或基(ji)礎研(yan)究，可(ke)以(yi)使用(yong)解(jie)析(xi)(xi)公式；對(dui)于(yu)更(geng)復雜(za)的(de)結(jie)構，有(you)限元 (FE) 程(cheng)序提供適當的(de)靈(ling)(ling)敏(min)度分析(xi)(xi)。如果研(yan)究的(de)結(jie)構不具備所(suo)需(xu)(xu)的(de)靈(ling)(ling)敏(min)度，那么可(ke)以(yi)使用(yong)專(zhuan)門設計的(de)測試(shi)結(jie)構來確定所(suo)需(xu)(xu)的(de)參(can)(can)數。（見圖7）

為了(le)了(le)解傳感(gan)器(qi)，首先(xian)是進(jin)行表征(zheng)階(jie)段(duan)，然后(hou)(hou)采用密(mi)集(ji)測(ce)量點(dian)(dian)網絡進(jin)行頻率(lv)測(ce)量。同(tong)時(shi)，選擇適當(dang)的(de)(de)頻率(lv)模式(shi)進(jin)行識別和驗證，并在(zai)(zai)必(bi)要時(shi)調整有(you)限元模型。在(zai)(zai)第(di)三(san)個(ge)階(jie)段(duan)，也是最后(hou)(hou)一個(ge)階(jie)段(duan)，優化(hua)了(le)針(zhen)對晶圓生產的(de)(de)過程(cheng)，旨在(zai)(zai)最大程(cheng)度地(di)減少測(ce)量點(dian)(dian)數(shu)量和測(ce)量時(shi)間（通常小于一秒）。

下面是一個示例(li)，說明參數識別的(de)過程。可以(yi)通過計算具有材(cai)料應(ying)(ying)力的(de)簡支二次膜的(de)固(gu)有頻(pin)率公式，很好地說明這一點（基本假設是其他夾緊條件不會改變參數依賴性(xing)）。該公式描(miao)述了固(gu)有頻(pin)率(fm,n)與(yu)楊(yang)氏模量(liang)(E)、密度(du)(ρ)、泊松比(ν)、膜高(gao)度(du)(h)、尺寸(a)以(yi)及固(gu)有應(ying)(ying)力(σ)之間的(de)關系：

fm,n=12aρ(m2+n2)σ+Eh2(m2+n2)2π212a2(1-ν2)

與(yu)(yu)參數識(shi)別(bie)相關的(de)(de)(de)是(shi)幾(ji)何項(xiang)與(yu)(yu)應力(li)項(xiang)之間的(de)(de)(de)比率(lv)。如(ru)(ru)果幾(ji)何項(xiang)與(yu)(yu)應力(li)項(xiang)的(de)(de)(de)比率(lv)非(fei)常(chang)大(da)(da)，比如(ru)(ru)在壓力(li)傳感(gan)器中，可以確定給定膜尺寸的(de)(de)(de)膜厚度。對于(yu)非(fei)常(chang)薄的(de)(de)(de)薄膜傳感(gan)器，如(ru)(ru)麥克(ke)風或熱電堆，這(zhe)個比率(lv)是(shi)相反的(de)(de)(de)。由于(yu)應力(li)項(xiang)相對于(yu)幾(ji)何項(xiang)非(fei)常(chang)大(da)(da)，因(yin)此可以準確識(shi)別(bie)材料應力(li)。

測試結構的(de)開發也是(shi)重(zhong)要的(de)。為了(le)使用測量的(de)固有頻(pin)率來確定(ding)材(cai)料或(huo)幾何(he)參(can)數，必須(xu)(xu)滿足先(xian)決條件(jian)，即固有頻(pin)率對于所關(guan)心的(de)傳感(gan)器(qi)(qi)參(can)數具有函數依賴性(xing)，并且(qie)多個參(can)數之間必須(xu)(xu)彼此線性(xing)無關(guan)。如果給定(ding)的(de)傳感(gan)器(qi)(qi)結構不能滿足這些先(xian)決條件(jian)，可以通(tong)過設計專(zhuan)門用于振動測量或(huo)兩種不同結構組合(he)評估的(de)測試結構來進行參(can)數識別。

一個例子是無應力方形(xing)膜(mo)結(jie)構的(de)(de)厚(hou)度(du)和尺(chi)寸(cun)之(zhi)間的(de)(de)線(xian)性相關參(can)數。通(tong)(tong)過固(gu)有頻(pin)率值(zhi)(zhi)，只(zhi)能確(que)定厚(hou)度(du)與(yu)尺(chi)寸(cun)的(de)(de)比率，而不(bu)能確(que)定它們(men)的(de)(de)實際值(zhi)(zhi)。如(ru)果模(mo)型輸入變量的(de)(de)工藝相關公差（例如(ru)氫氧化鉀蝕刻(ke)過程中的(de)(de)膜(mo)尺(chi)寸(cun)）意(yi)味(wei)著(zhu)標稱參(can)數（例如(ru)膜(mo)厚(hou)度(du)）的(de)(de)識別(bie)實際上也涉及(ji)其他參(can)數的(de)(de)識別(bie)，那么無法精確(que)確(que)定感興趣的(de)(de)參(can)數。解決膜(mo)厚(hou)度(du)識別(bie)問題的(de)(de)方法是使用兩個不(bu)同尺(chi)寸(cun)矩(ju)形(xing)測試(shi)結(jie)構的(de)(de)組合評估。通(tong)(tong)過測量兩個不(bu)同尺(chi)寸(cun)矩(ju)形(xing)膜(mo)的(de)(de)前三個固(gu)有頻(pin)率，可以(yi)確(que)定膜(mo)的(de)(de)厚(hou)度(du)和尺(chi)寸(cun)。

另一個例子(zi)是通過基于(yu)梁的(de)(de)(de)結(jie)(jie)構，結(jie)(jie)合(he)評估不(bu)同結(jie)(jie)構的(de)(de)(de)測量(liang)數(shu)據，來識別楊(yang)氏模(mo)量(liang)和材料應(ying)力(li)。由于(yu)在兩側夾緊(jin)(jin)的(de)(de)(de)梁上無法同時高(gao)精度地確定楊(yang)氏模(mo)量(liang)和材料應(ying)力(li)，可以先在自由懸臂上確定楊(yang)氏模(mo)量(liang)，然后在夾緊(jin)(jin)梁上確定材料應(ying)力(li)。

綜上所述，先進的晶(jing)圓級(ji)測試系統可(ke)用于MEMS器(qi)件生產中的工業質量保證，以驗(yan)證機械功(gong)能組件的正確運行(xing)。激光(guang)多普(pu)勒(le)測振儀是一種用于實時(shi)寬(kuan)帶測量動態(tai)響(xiang)應的工具，其分辨(bian)率可(ke)達皮米級(ji)。本文(wen)提(ti)(ti)供了在晶(jing)圓級(ji)快(kuai)速、自動化生產測試中如(ru)何(he)利用LDV的示例(li)，以提(ti)(ti)高產量并最終(zhong)降低產品成本。

MSA-600

TS2000-SE

產品介紹：

MPI的TS2000-SE/8寸半自動(dong)(dong)探針臺是具有創新功能的200mm自動(dong)(dong)化晶(jing)圓測試系統，其(qi)包含獨特的側面自動(dong)(dong)裝卸功能和(he)超高(gao)屏蔽下的超低噪聲環境。

特色功能：

MPI的TS2000-SE/8寸半自(zi)動探針臺發布新功能，側面帶(dai)有VCE，可完美解(jie)放(fang)您的雙(shuang)手，實現精準(zhun)定(ding)位，完成自(zi)動扎針，使測試過程更加方便快捷。

產品概要：

1、ShielDEnvironment

MPI ShielDEnvironment是一個(ge)高性能的(de)微屏蔽暗(an)箱，可為(wei)超低噪聲，低電容測量提供出(chu)色的(de)EMI和不透光的(de)屏蔽測試(shi)環(huan)境(jing)

2、自動化晶圓裝載系統

該功能提(ti)供了非(fei)常方便的晶(jing)圓裝載，并且易于針對(dui)自動程序進行預對(dui)準(zhun)，可(ke)支持100mm、150mm、200mm等不同尺(chi)寸的晶(jing)圓，針對(dui)高低溫(wen)環(huan)境下可(ke)提(ti)高測試效率(lv)

3、ERS獨特的 AC3冷卻技術

MPI旗下(xia)全系(xi)列探針臺(tai)系(xi)統均采用(yong)ERS的AC3冷卻(que)技術(shu)和自我管理系(xi)統，可(ke)使用(yong)回收的冷卻(que)空氣吹掃MPI ShielDEnvironment，可(ke)大(da)幅減少30%至(zhi)50%的空氣消耗

4、側視影像系統(VCE)

借助MPI8寸探針(zhen)臺獨特(te)的(de)(de)自(zi)動(dong)側視– VCE影像系統可(ke)視化的(de)(de)觀察探針(zhen)針(zhen)尖與樣品之間的(de)(de)接觸，使用(yong)DC或(huo)RF等(deng)探針(zhen)卡(ka)非常(chang)安全

技術優勢：

1、模塊量測(ce) - DC-IV / DC-CV / Pulse-IV

2、射頻和毫米波 - 26 GHz 至 110 GHz 及(ji)以上(shang)

3、失效分(fen)析(xi) - 探針卡 / 節間探測

4、可靠(kao)性測試 - 熱/ 冷 / 長(chang)時(shi)間測試

5、高(gao)(gao)功率測試 - 至高(gao)(gao) 10 kV / 600 A

6、MPI ShielDEnvironment™ 屏(ping)蔽(bi)環(huan)境，專為 EMI / RFI / Light-Tight 屏(ping)蔽(bi)所(suo)設計的精密(mi)量測環(huan)境

7、支持(chi)飛安級(ji)低漏電值量(liang)測

8、支持溫度(du)范(fan)圍 -60 °C 至(zhi) 300 °C